Einstein legnagyobb tanulsága az általános relativitáselméletben az, hogy a tér maga nem lapos, változatlan és abszolút. Az idővel egy szövetbe szőtt: tér-idő. Ez a szövet folytonos, sima, és anyag és energia jelenlétében meghajlik és deformálódik. Minden, ami ebben a téridőben létezik, a téridő görbülete által meghatározott úton halad, mozgását pedig a fénysebesség korlátozza. De mi van akkor, ha magában a szövetben vannak hibák? Ez nem tudományos fantasztikus, hanem az elméleti fizika valóban létező elképzelése. Ehhez társulnak olyan nagy energiájú emlékek, mint a doménfalak, a kozmikus húrok és a monopólusok. Ethan Siegel a Medium.com-tól megpróbálta megválaszolni azt a kérdést, hogy mi eredetük, tulajdonságaik és hogyan fognak kijönni a hétköznapi univerzummal.
Kiderült, hogy a hibás univerzum megszerzése matematikailag nem olyan nehéz.
A Föld gravitációs viselkedése a pályán nem a láthatatlan gravitációs gravitáció miatt következik be, hanem a Föld írja le jobban, szabadon esve az íves térben a Nap jelenlétében. Ebben az esetben is a tér görbülete túl kicsi lesz, és nem lesznek benne hibák.
Próbálja meg a lehető legjobban képviselni a teret. Hogy néz ki? Üres, sima és többnyire egységes lesz? Gondolod azt is, hogy ettől az állapottól való egyetlen eltérés tömegek és kvantum energia jelenlétével fog társulni? Ez egy jó megközelítés, amelyet a fizikusok általában követnek. Nagyobb térben a tér egy háromdimenziós rács lesz, az egyetlen eltérés, amelyben a kis térbeli görbület kis területei lesznek, létrehozva azt a gravitációs erőt, amelyet jól ismerünk. A tér ebben a konfigurációban a legkevesebb energia állapotban lesz.
A téridő hulláma és vetemedése a tömeg miatt. Tudomásunk szerint a tér soha nem hajlik önmagába és soha nem hajtódik össze.
De mi van a gerjesztett állapotokkal? Vagy mások? A könnyebbség érdekében vonjunk ki két térdimenziót, és tartsunk egyet: a vonalat. A vonal lehet egyenes, nyitott és végtelen, vagy zárt, mint egy hurok. Mindkét esetben a legalacsonyabb energiaállapotú vonalak lesznek. Milyen lenne a nagy energiájú állapot? Képzelje el, hogy felveszi a zsinórját, és felakasztja, mint egy húrt. Most csináljon egy csomót a húron, mintha csipkéket kötne. A csomó nélküli húr egydimenziós teret képvisel a legalacsonyabb energiaállapotban; egy csomójú húr egy dimenziós teret képvisel az első gerjesztett állapotban. Ez a csomópont 0 dimenziós topológiai hiba lesz.
Most érdekes dolgokat tehet a csomópontot tartalmazó vonallal. Ugyanúgy köthet egy másik csomót, és két topológiai hibát kaphat egy helyett. De ha a csomót az ellenkező irányba köti (vagyis ugyanazt a hurkot készíti, de egyébként a végeket keresztbe dobja és meghúzza, mielőtt feldobja és meghúzza), akkor ez a csomó topológiailag ellentétes lesz az eredeti csomóval. Ha nagyon óvatosan igazítja mindkét csomót (eredeti és ellentétes), akkor kiderül, hogy ezek ki tudják oldani egymást, és visszaállíthatják a vonalat alacsony energiájú állapotba.
Promóciós videó:
Ezeknek a nulla dimenziós hatásoknak két típusának - csomó és csomóellenes - fizikai analógiája van Univerzumunkban: mágneses monopólusok. A csomópont egy elszigetelt mágneses északi pólusnak felel meg; anti-csomópont az elszigetelt déli mágneses pólushoz. Ha összekapcsolod őket, akkor megsemmisülnek, mint az anyag és az antianyag, és visszaállítják a téridő szövetét alacsony energiaállapotba. Mivel a monopólusok csak pontrészecskék, ezért a hétköznapi anyagként fognak viselkedni, nem sokban különbözve az univerzumunkban létező elektromos monopólusoktól (pozitív és negatív elektromos töltések).
A mágneses monopólus fogalma, amely a mágneses mező vonalait bocsátja ki, ugyanúgy, mint egy elszigetelt elektromos töltés, az elektromos mező vonalait
Térjünk vissza 3D-s univerzumunkra. Most elképzelheti nemcsak a pontos hibákat, hanem a nagy dimenziós hibákat is:
- Kozmikus húrok: amikor egy egydimenziós vonal valamilyen módon áthatja az egész megfigyelhető univerzumot
- Tartományfalak: amikor az egyik oldalon a másikig különböző tulajdonságokkal rendelkező kétdimenziós sík halad át az univerzumon
- Tér textúrák: amikor a háromdimenziós tér egy része csomókká van csavarva
Tehát van monopólusunk (0-dimenziós), húrjaink (1-dimenziós), falunk (2-dimenziós) és textúráink (3-dimenziós) - mindenféle hiba, amely ugyanazon osztály különböző mechanizmusaiból fakad: amikor a szimmetria megtörik.
Az univerzumok közötti különbségek, amelyek egyike a standard kozmológia szerint (balra) és egy jelentős topológiai hibák hálózatával jön létre (jobbra), számos nagyszabású struktúrát eredményez. Megfigyeléseink elégségesek ahhoz, hogy kizárjuk a kozmikus húrokat és a doménfalak, mint a modern univerzum domináns összetevőjét.
A szimmetria megtörése komoly kérdés a fizikában. Minden létező szimmetria megfelel egy tárolt értéknek, tehát ha a szimmetria megszakad, akkor ez az érték már nincs tárolva. A monopólusokat a gömbszimmetria megtörésével lehet előállítani; húrok előállíthatók szög- vagy hengeres szimmetria megszakításával; a diszkrét szimmetria megsértése domainfalakat hozhat létre. Más hibákat kissé nehezebb megtalálni, de gyakran előfordulnak, amikor további dimenziókkal rendelkező forgatókönyvekről van szó. De az első három - különösen a monopólusok, a kozmikus húrok és a doménfalak - különösen érdeklik a kozmológiát.
Tudjuk, hogy mindent nem korlátoz a standard modell, és sok olyan bővítés és kiegészítés van, amelyek érdekes megfigyelhető következményekkel járhatnak. Az egyik a Nagy Egyesülés gondolata, amikor az elektromágneses, gyenge és erős atomerők nagy energiákon egyesülnek. Az egyesítés mögött az az elképzelés áll, hogy a Standard Modell mindhárom ereje, és talán még a nagy energiájú gravitáció is egyetlen struktúrába egyesíthető. Ez nemcsak új részecskék és kölcsönhatások megjelenéséhez vezetne, hanem mágneses monopólusok megjelenését is lehetővé tenné. A mágneses monopólusok hiányát a megfigyelhető Világegyetemben gyakran a kozmikus infláció bizonyítékaként említik, és azt, hogy az Univerzum soha nem lesz annyira forró az infláció befejezése után, hogy helyreállítsa a nagy egyesülési elméletek szimmetriáját.
Ha megszakadna a nagy egyesítést biztosító szimmetria, akkor hatalmas számú mágneses monopólus jelenik meg. De nincsenek az Univerzumunkban; ha a szimmetria megtörése után kozmikus infláció következne be, akkor legalább egy monopóliumnak a megfigyelhető univerzumban kell maradnia
Kozmikus húrok és doménfalak jelenhetnek meg a fázisátmenetek során, ha valóban léteznének, nem sokkal az infláció vége után. A korai időkben kialakulhat néhány rendkívül nagy energiájú szimmetria, amikor megszakadnak, ilyen hibák jelennek meg. A kozmikus húroknak és a doménfalaknak - egy vagy egy teljes hálózatnak - aláírást kell hagyniuk az Univerzum nagyméretű struktúrájában, a CMB-ben textúrák jelennek meg, és közvetlen kísérletekkel monopolokat kell létrehozni. Néhány fizikus rámutat az 1982. február 14-én felfedezett mágneses monopóliumra, amely bizonyítja a kozmikus inflációt: a megfigyelhető univerzumban volt egy monopólus, és mi ezt láttuk!
1982-ben egy Blas Cabrera vezette kísérlet, nyolc huzallal felfegyverkezve, nyolc magneton fluxusában bekövetkezett változást rögzítette: a mágneses monopólust jelző leolvasások. Sajnos a felfedezés idején senki sem volt a közelben, és senki sem tudta reprodukálni az eredményt, valamint megtalálni egy másik monopóliumot
Ha pedig a monopolok anyagként viselkednek, a kozmikus húrok, a doménfalak vagy a kozmológiai textúrák komolyan befolyásolják az Univerzum tágulását. A kozmikus húrok térbeli görbületként fognak viselkedni, a teljes energia-sűrűség körülbelül 0,4% -ára korlátozódnak, és a doménfalak olyan sötét energia-formát hoznak létre, amely olyan lassan felgyorsítja az univerzum tágulását, hogy az még észrevehető sem lesz. A kozmológiai textúráknak ugyanolyan hatása lesz, mint a kozmológiai állandónak, de megfigyelhető univerzumunkat egyetlen hibára kell korlátoznunk a megfigyeléseink magyarázatához.
Az Univerzum energia-sűrűségének különböző komponensei, és amikor teljes erővel megnyilvánulhatnak. Ha bármilyen mennyiségben léteznének kozmikus húrok vagy doménfalak, azok komolyan befolyásolnák univerzumunk tágulását.
A monopólusoknak, a húroknak, a falaknak, a textúráknak és egyéb hibáknak rendkívül nehézeknek kell lenniük, ha léteznének. A monopólusok lennének a valaha felfedezett legnagyobb tömegű részecskék (100 billiószor nagyobb tömegű, mint egy felső kvark). A húrok, a falak és a textúrák a nagyméretű építmények magvaivá válnának, amelyek összehúzzák az anyagot, és más struktúrákat alkotnának, amelyeket a modern távcsövekkel, felmérésekkel és CMB-adatokkal könnyen láthatunk. A jelenlegi korlátok azt mondják, hogy ilyen struktúrák nem léteznek bőségesen, és aligha teszik ki az űr teljes energiaköltségvetésének néhány százalékánál többet.
A mai napig nincs bizonyíték arra, hogy univerzumunk hibás lenne, csak a mágneses monopólium 35 évvel ezelőtti egyetlen megfigyelése. Bár nem tagadhatjuk létezésüket (csak korlát), fenn kell tartanunk a fülünket, és fel kell készülnünk nemcsak az esetleges észlelésükre, hanem a Standard Modell bármely más kiegészítésére is, amelyet a fizika nem tilt. A legtöbb esetben, ha nem léteznek, akkor valaminek el kell nyomnia a létüket. A bizonyítékok hiánya nem jelzi a jelenség hiányát. Azonban a rendelkezésre állás is.
Ilya Khel